Teori patahanan tumbuahan nan babeda mambarikan panduan teoritis pantiang untuak manjalehan pola metabolisme khusus tumbuahan, tapi prediksi kuncinyo tatap harus diuji. Di siko, kami manggunoan analisis spektrometri massa tandem nan indak bias (MS/MS) untuak sacaro sistematis manjalajah metabolom strain timbakau nan dilemahkan dari tumbuahan masiang-masiang ka populasi jo spesies nan bakaik dakek, jo mamproses sajumlah gadang teori fitur spektrometri massa badasarkan spektrum senyawa dalam informasi. Kerangka untuak mauji prediksi kunci teori pertahanan optimal (OD) jo sasaran bagerak (MT). Komponen informasi metabolomik tumbuahan sasuai jo teori OD, tapi batantangan jo prediksi utamo teori MT pado dinamika metabolomik nan disababkan dek herbivora. Dari skala evolusi mikro sampai makro, sinyal jasmonat diidentifikasi sabagai penentu utamo OD, sadangkan sinyal etilen manyadiokan panyasuaian haluih dari tanggapan spesifik herbivora nan dianotasi dek jaringan molekuler MS/MS.
Metabolit khusus jo baragam struktur adolah peserta utamo dalam adaptasi tumbuahan jo lingkuangan, tarutamo dalam mampatahankan musuah (1). Diversifikasi nan menakjubkan dari metabolisme khusus nan tadapek pado tumbuahan alah marangsang puluahan tahun panalitian mandalam tantang banyak aspek fungsi ekologisnyo, dan alah mambantuak daftar panjang teori patahanan tumbuahan, nan marupoan pakambangan evolusioner jo ekologis interaksi tumbuahan-sarangga. Panalitian empiris mambarikan panduan nan pantiang (2). Namun, teori-teori patahanan tumbuahan ko indak maikuiki jalur normatif penalaran deduktif hipotetis, di mano prediksi kunci barado pado tingkek analisis nan samo (3) jo diuji sacaro eksperimental untuak mamajukan siklus pambangunan teoritis barikuiknyo (4). Keterbatasan teknis mambatasi pangumpuaan data untuak kategori metabolisme tatantu jo mangacualian analisis komprehensif metabolit khusus, sahinggo mancegah pambandiangan antar kategori nan paralu untuak pangambangan teoritis (5). Kurangnyo data metabolomik nan komprehensif jo mata uang nan samo untuak mambandiangkan alur karajo pamrosesan ruang metabolisme antaro kalompok tumbuahan nan babeda mahalangi kamatangan ilmiah lapangan.
Pakambangan tarakhia di bidang metabolomik spektrometri massa tandem (MS/MS) dapek sacaro komprehensif mancirikan parubahan metabolisme di dalam jo antaro spesies klade sistem tatantu, dan dapek digabuangan jo metode komputasi untuak mahituang kasamoan struktural antaro campuran-campuran kompleks ko. Pangatahuan sabalunnyo tantang kimia (5). Kombinasi teknologi canggih dalam analisis jo komputasi manyadiokan rangka nan diparaluan untuak pangujian jangka panjang dari banyak prediksi nan dibuek dek teori ekologi jo evolusi karagaman metabolisme. Shannon (6) mampakenalkan teori informasi untuak partamo kalinyo dalam artikel maninyo pado taun 1948, malatakkan dasar untuak analisis matematika informasi, nan alah digunoan dalam banyak bidang salain aplikasi aslinyo. Dalam genomik, teori informasi alah sukses diterapkan untuak mangukua urutan informasi konservatif (7). Dalam panalitian transkriptomik, teori informasi manganalisis parubahan kasaluruhan pado transkriptom (8). Dalam panalitian sabalunnyo, kami manerapkan rangka statistik teori informasi pado metabolomik untuak manggambarkan kaahlian metabolisme tingkek jaringan pado tumbuahan (9). Di siko, kami manggabuangkan alur karajo nan babasis MS/MS jo rangka statistik teori informasi, nan dicirikan dek karagaman metabolisme dalam mata uang umum, untuak mambandiangkan prediksi kunci teori patahanan tumbuahan dari metabolom nan diinduksi dek herbivora.
Kerangka teoritis patahanan tumbuahan biasonyo saliang inklusif dan dapek dibagi manjadi duo kategori: nan mancubo manjalehan distribusi metabolit spesifik tumbuahan badasarkan fungsi patahanan, sarupo patahanan optimal (OD) (10), sasaran bagerak (MT) (11) ) Dan panampilan (12) parubahan mekanis lainnyo pado tasadionyo mampangaruahi patumbuahan tumbuahan jo akumulasi metabolit khusus, sarupo karbon: hipotesis kasaimbangan nutrisi (13), hipotesis laju patumbuahan (14 ), jo hipotesis kasaimbangan patumbuahan jo diferensiasi (15). Kaduo kumpulan teori tu barado pado tingkek analisis nan babeda (4). Namun, duo teori nan malibaikkan fungsi patahanan pado tingkek fungsional manguasoi pambicaroan tantang patahanan konstitutif jo induksi tumbuahan: teori OD, nan maasumsikan baso tumbuahan bainvestasi dalam patahanan kimianyo nan maha hanyo katiko diparalukan, misalnyo, katiko inyo ditelan Katiko hewan rumpuik manyarang, dek karano itu, manuruik kamungkinan dari fungsi nan ditugaskan (10); hipotesis MT mangusulkan baso indak ado sumbu parubahan metabolit nan bararah, tapi metabolit barubah sacaro acak, sahinggo manciptakan kamungkinan Mahalangi “sasaran gerak” metabolisme manyarang herbivora. Dengan kato lain, kaduo teori ko mambuek prediksi nan balawanan tantang pambacakan metabolisme nan tajadi sasudah sarangan herbivora: hubungan antaro akumulasi metabolit satu arah jo fungsi patahanan (OD) jo parubahan metabolisme nan indak tararah (MT) (11 ).
Hipotesis OD jo MT indak hanyo malibaikkan parubahan nan diinduksi pado metabolom, tapi juo konsekuensi ekologis jo evolusi dari akumulasi metabolit ko, sarupo biaya adaptif jo manfaat dari parubahan metabolisme ko pado lingkuangan ekologis tatantu (16). Walaupun kaduo hipotesis mangakui fungsi patahanan metabolit khusus, nan mungkin atau indak maha, prediksi kunci nan mambedakan hipotesis OD jo MT talatak pado arah parubahan metabolisme nan diinduksi. Prediksi teori OD alah mandapek paratian nan paliang eksperimental salamo ko. Uji-uji ko tamasuak kajian tantang fungsi patahanan langsuang atau indak langsuang dari jaringan nan babeda dari senyawa-senyawa tatantu di rumah kaco jo kondisi alam, sarato parubahan tahap pambangunan tumbuahan (17-19). Namun, salamo ko, dek kurangnyo alur karajo jo rangka statistik untuak analisis komprehensif global tantang karagaman metabolisme organisme apopun, prediksi pabedaan utamo antaro kaduo teori (yaitu, arah parubahan metabolisme) tatap harus diuji. Di siko, kami manyadiokan analisis sarupo itu.
Salah satu ciri nan paliang signifikan dari metabolit spesifik tumbuahan adolah karagaman strukturalnyo nan ekstrim pado sadoalah tingkek dari tumbuahan tungga, populasi sampai spesies nan sarupo (20). Banyak parubahan kuantitatif pado metabolit khusus nan dapek diamati pado skala populasi, samantaro pabedaan kualitatif nan kuek biasonyo dipaliharo pado tingkek spesies (20). Dek karano itu, karagaman metabolisme tumbuahan marupoan aspek utamo dari karagaman fungsional, nan mancaminkan kamampuan beradaptasi jo relung nan babeda, tarutamo relung-relung nan babeda kamungkinan invasi dek sarangga khusus jo herbivora umum (21). Sajak artikel Fraenkel (22) nan manjadi pambukaan tantang alasan adonyo metabolit spesifik tumbuahan, interaksi jo babagai sarangga alah dianggap sabagai takanan seleksi pantiang, dan interaksi iko dipicayoi alah mambantuak tumbuahan salamo evolusi. Jalur metabolisme (23) nan ado. Pabedaan antar spesies dalam karagaman metabolit khusus mungkin juo mancaminkan kasaimbangan fisiologis nan takaik jo patahanan tumbuahan konstitutif jo induksi taradok strategi herbivora, karano kaduo spesies ko acok bakorelasi negatif satu samo lain (24). Walaupun mungkin baguno untuak mampatahankan patahanan nan baiak satiok wakatu, parubahan metabolisme nan tapek wakatu nan takaik jo patahanan mambarikan manfaat nan jaleh dalam mamungkinkan tumbuahan untuak maalokasikan sumber daya nan baharago untuak investasi fisiologis lainnyo (19, 24), jo mahindari kabutuhan untuak simbiosis. Karusakan jaminan (25). Salain itu, reorganisasi metabolit khusus nan disababkan dek herbivora sarangga ko dapek manyababkan distribusi nan marusak pado populasi (26), dan dapek mancaminkan pambacoan langsuang parubahan alami nan substansial pado sinyal asam jasmonik (JA), nan dapek dipaliharo pado populasi. Sinyal JA tinggi jo randah adolah patukaran antaro patahanan malawan herbivora jo pasaingan jo spesies tatantu (27). Salain itu, jalur biosintesis metabolit khusus akan mangalami kahilangan jo parubahan nan capek salamo evolusi, nan maakibaikan distribusi metabolisme nan indak bakarunciangan di antaro spesies nan bakaik dakek (28). Polimorfisme iko dapek didirikan sacaro capek sabagai tanggapan taradok parubahan pola herbivora (29), nan bararti fluktuasi komunitas herbivora marupoan faktor kunci nan mandorong heterogenitas metabolisme.
Di siko, kami sacaro khusus manyalasaikan masalah-masalah barikuik. (I) Baa caronyo sarangga nan makan rumput tu manyusun baliak metabolom tumbuahan? (Ii) Apo komponen informasi utamo dari plastisitas metabolisme nan dapek diukua untuak mauji prediksi teori pertahanan jangka panjang? (Iii) Apokah ka mamprogram ulang metabolom tumbuahan jo caro nan unik untuak panyarang, jikok iyo, apo peran hormon tumbuahan dalam manyasuaian tanggapan metabolisme tatantu, jo metabolit mano nan manyumbang pado spesifisitas pertahanan spesies? (Iv) Karano prediksi nan dibuek dek banyak teori patahanan dapek diluaskan ka sadoalah tingkek jaringan biologis, kami batanyo sabarapo konsistennyo tanggapan metabolisme nan disababkan dari pambandiangan internal sampai pambandiangan antar spesies? Untuak tujuan iko, kami alah sacaro sistematis mampalajari metabolom daun nikotin timbakau, nan marupoan tanaman model ekologis jo metabolisme khusus nan kayo, dan efektif malawan larva duo herbivora asli, Lepidoptera Datura (Ms) ( Sangek agresif, utamonyo dimakan) Pado Solanaceace dari worlisterae jo Spodo. “genus”, jo tumbuahan inang dari Solanaceae jo inang lain dari genera jo kaluarga lainnyo Makanan tumbuahan. Kami mamareso spektrum metabolomik MS/MS jo maekstraksi deskriptor statistik teori informasi untuak mambandiangkan teori OD jo MT. Buek peta spesifitas untuak mangungkapkan identitas metabolit kunci. Analisis iko diluaskan ka populasi asli N. nasi jo spesies tembakau nan bakaik dakek untuak labiah lanjuik manganalisis kovarian antaro sinyal hormon tumbuahan jo induksi OD.
Untuak manangkap peta kasaluruahan tantang plastisitas jo struktur metabolom daun tembakau herbivora, kami manggunoan analisis jo alur karajo paretongan nan dikambangkan sabalunnyo untuak mangumpuakan jo mandekonvolusi data resolusi tinggi sacaro komprehensif spektrum MS / MS mandiri dari ekstrak tumbuahan ( 9 ). Metode nan indak didiferensiasi ko (disabuik MS/MS) dapek mambangun spektrum senyawa nan indak redundan, nan kamudian dapek digunoan untuak sadoalah analisis tingkek senyawa nan dijalehan di siko. Metabolit tumbuahan dekonvolusi ko bamacam-macam jinih, tadiri dari ratusan inggo ribuan metabolit (kiro-kiro 500-1000-s/MS/MS di siko). Di siko, kami maanggap plastisitas metabolisme dalam rangka teori informasi, jo mangukua karagaman jo profesionalisme metabolisme badasarkan entropi Shannon dari distribusi frekuensi metabolisme. Manggunoan rumus (8) nan dilaksanakan sabalunnyo, kami mahituang sakumpulan indikator nan dapek digunoan untuak mangukua karagaman metabolisme (indikasi Hj), spesialisasi profil metabolisme (indikasi δj) jo spesifisitas metabolisme dari satu metabolit (indikasi Si) . Salain itu, kami manerapkan Indeks Plastisitas Jarak Relatif (RDPI) untuak mangukua induksi metabolom hewan makan rumpuik (Gambar 1A) (30). Dalam rangka statistik ko, kami mampalakukan spektrum MS/MS sabagai unit informasi dasar, jo mangolah kalimpahan relatif MS/MS manjadi peta distribusi frekuensi, dan kamudian manggunoan entropi Shannon untuak mampakiroan karagaman metabolom darinyo. Spesialisasi metabolom diukua jo spesifitas rato-rato dari satu spektrum MS/MS. Dek karano itu, paningkekan kalimpahan babarapo kelas MS/MS sasudah induksi herbivora diubah manjadi induksi spektral, RDPI jo spesialisasi, yaitu paningkekan indeks δj, karano metabolit nan labiah khusus dihasiakan jo indeks Si nan tinggi dihasiakan. Panurunan indeks karagaman Hj mancaminkan baso baiak jumlah MS/MS nan dihasiakan bakurang, atau distribusi frekuensi profil barubah ka arah nan kurang saragam, sambia mangurangi katidakpastiannyo sacaro kasaluruahan. Malalui paretongan indeks Si, dimungkinkan untuak manyoroti MS/MS mano nan diinduksi dek herbivora tatantu, sabaliaknyo, MS/MS mano nan indak mananggapi induksi, nan marupoan indikator kunci untuak mambedakan prediksi MT jo OD.
(A) Deskriptor statistik nan digunoan untuak induksi data MS/MS herbivora (H1 sampai Hx), karagaman (indeks Hj), spesialisasi (indeks δj) jo spesifisitas metabolit (indeks Si). Paningkekan tingkat spesialisasi (δj) manunjuakan baso, rato-rato, labiah banyak metabolit spesifik herbivora nan akan dihasiakan, sadangkan panurunan karagaman (Hj) manunjuakan panurunan produksi metabolit atau distribusi metabolit nan indak merata pado peta distribusi . Nilai Si manilai apokah metabolit spesifik untuak kondisi tatantu (di siko, herbivora) atau sabaliaknyo dipaliharo pado tingkek nan samo. (B) Diagram konseptual prediksi teori pertahanan manggunokan sumbu teori informasi. Teori OD mamprediksi baso sarangan herbivora akan maningkekan metabolit patahanan, sahinggo maningkekan δj. Pado wakatu nan samo, Hj manurun karano profil disusun baliak manuju katidakpastian informasi metabolisme nan bakurang. Teori MT mamprediksi baso sarangan herbivora akan manyababkan parubahan non-arah pado metabolom, sahinggo maningkeknyo Hj sabagai indikator paningkekan katidakpastian informasi metabolisme jo manyababkan distribusi acak Si. Kami juo mangusulkan model campuran, MT nan paliang rancak, di mano babarapo metabolit jo nilai pertahanan nan labiah tinggi akan maningkek sacaro khusus (nilai Si nan tinggi), samantaro nan lain mampanampakkan tanggapan acak (nilai Si nan labiah randah).
Manggunoan deskriptor teori informasi, kami manafsirkan teori OD untuak mamprediksi baso parubahan metabolit khusus nan diinduksi dek herbivora dalam kaadaan konstitutif nan indak diinduksi akan manyababkan (i) paningkekan spesifisitas metabolisme (indeks Si) nan mandorong spesifisitas metabolisme (indeks δj) Paningkekan) kalompok metabolit khusus tatantu jo nilai pertahanan nan labiah tinggi ( indeks) dek parubahan pambagian frekuensi metabolisme manjadi labiah banyak pambagian tubuah leptin. Pado tingkek metabolit tungga, diharokan distribusi Si nan tauruik, di mano metabolit akan maningkekan nilai Si sasuai jo nilai patahanannyo (Gambar 1B). Sapanjang garih iko, kami manjalehan teori MT untuak mamprediksi baso eksitasi akan manyababkan (i) parubahan metabolit nan indak bararah nan maakibaikan panurunan indeks δj, jo (ii) paningkekan indeks Hj dek paningkekan katidakpastian metabolisme. Atau kaacakan, nan dapek diukua jo entropi Shannon dalam bantuak karagaman umum. Adopun komposisi metabolisme, teori MT akan mamprediksi pambagian acak Si. Maingek baso metabolit tatantu barado dalam kondisi tatantu dalam kondisi tatantu, jo kondisi lain indak barado dalam kondisi tatantu, jo nilai patahanannyo tagantuang pado lingkuangan, kami juo mangusulkan model patahanan campuran, di mano δj jo Hj tasebar dalam duo sapanjang Si Paningkekan pado sadoalah arah, hanyo metabolit tatantu akan maningkekan nilai pertahanan tatantu, nan mampunyoi nilai pertahanan tatantu nan akan Si pambagiannyo (Gambar 1B).
Untuak mauji prediksi teori partahanan nan didefinisikan baliak pado sumbu deskriptor teori informasi, kami mamaliharo larva herbivora ahli (Ms) atau umum (Sl) pado daun Nepenthes pallens (Gambar 2A). Manggunoan analisis MS/MS, kami mandapekkan 599 spektrum MS/MS nan indak balabiah (file data S1) dari ekstrak metanol dari jaringan daun nan dikumpuakan sasudah makan ulat. Manggunoan indeks RDPI, Hj, jo δj untuak mamvisualisasikan rekonfigurasi isi informasi dalam berkas konfigurasi MS/MS mangungkapkan pola nan manarik (Gambar 2B). Tren kasaluruahan adolah, sarupo nan digambarkan dek deskriptor informasi, sairiang jo ulat taruih mamakan daun, tingkek sadoalah reorganisasi metabolisme maningkek dari wakatu ka wakatu: 72 jam sasudah herbivora makan, RDPI maningkek sacaro signifikan. Dibandiangkan jo kontrol nan indak rusak, Hj bakurang sacaro signifikan, nan disababkan dek paningkekan tingkat spesialisasi profil metabolisme, nan diukua jo indeks δj. Tren nan tampak ko sasuai jo prediksi teori OD, tapi indak sasuai jo prediksi utamo teori MT, nan picayo baso parubahan acak (non-arah) pado kadar metabolit digunoan sabagai kamuflase partahanan (Gambar 1B). Walaupun kanduangan elicitor sekresi oral (OS) jo parilaku makan kaduo herbivora ko babeda, makan langsuangnyo maakibaikan parubahan nan sarupo pado arah Hj jo δj salamo maso panen 24 jam jo 72 jam. Cuma bedanyo tajadi pado jam 72 RDPI. Dibandiangkan jo nan disababkan dek pakan Ms, metabolisme kasaluruahan nan diinduksi dek pakan Sl labiah tinggi.
(A) Desain eksperimen: herbivora babi umum (S1) atau ahli (Ms) diagiah makan jo daun-daun nan disalinasi dari tanaman kendi, sadangkan untuak herbivora simulasi, OS dari Ms (W + OSMs) digunoan untuak manangani tusukan luko posisi daun standar. S1 (W + OSSl) larva atau aia (W + W). Kontrol (C) adolah daun nan indak rusak. (B) Induksi (RDPI dibandiangkan jo bagan kontrol), karagaman (indeks Hj) jo indeks spesialisasi (indeks δj) nan dihituang untuak peta metabolit khusus (599 MS/MS; berkas data S1). Bintang manunjuakan pabedaan nan signifikan antaro pakan herbivora langsuang jo kalompok kontrol (Uji t siswa jo uji t basandiang, *P<0,05 jo ***P<0,001). ns, indak paralu. (C) Indeks resolusi wakatu dari utamo (kotak biru, asam amino, asam organik jo gulo; berkas data S2) jo spektrum metabolit khusus (kotak merah 443 MS / MS; berkas data S1) sasudah simulasi ubek herbivora. Pita warna mangacu pado interval kapacayoan 95%. Bintang manunjuakan pabedaan nan signifikan antaro ubek jo kontrol [analisis varians kuadrat (ANOVA), diikuti jo pabedaan signifikan jujur ​​Tukey (HSD) untuak pambandiangan babarapo post hoc, * P <0,05, ** P <0,01 Dan *** P <0,001]. (D) Spesialisasi plot hamburan jo profil metabolit khusus (sampel baulang jo perlakuan nan babeda).
Untuak manjalajah apokah pambuatan ulang nan diinduksi dek herbivora pado tingkek metabolom tacamin pado parubahan tingkek metabolit masiang-masiang, kami partamo kali fokus pado metabolit nan sabalunnyo dipalajari pado daun Nepenthes pallens jo ketahanan herbivora nan tabukti. Amida fenolik adolah konjugat hidroksisinamamida-poliamin nan takumpua salamo proses herbivora sarangga dan dikatahui mangurangi kinerja sarangga (32). Kami mancari pandahulu MS/MS nan sasuai dan mamproyeksikan kurva kinetik kumulatifnyo (Gambar S1). Indak heran, turunan fenol nan indak talibaik langsuang dalam patahanan taradok herbivora, sarupo asam klorogenat (CGA) jo rutin, diatur turun sasudah herbivora. Sabaliaknyo, herbivora dapek mambuek amida fenol nan sangaik kuaik. Pakan taruih manaruih dari kaduo herbivora ko mahasilkan spektrum eksitasi fenolamida nan ampia samo, dan pola iko sangaik jaleh untuak sintesis de novo fenolamida. Fenomena nan samo akan diamati katiko manjalajah jalur glikosida diterpen 17-hidroksigeranil nonanediol (17-HGL-DTGs), nan manghasilkan sajumlah gadang diterpen asiklik jo fungsi anti-herbivora nan efektif (33), nan diprofilkan Ms Makan jo ekspresi Sl mirip).
Kamungkinan karugian dari eksperimen makan herbivora langsuang adolah pabedaan tingkat konsumsi daun jo wakatu makan herbivora, nan mambuek sulik untuak mailangkan efek spesifik herbivora nan disababkan dek luko jo herbivora. Untuak labiah manyalasaikan spesifisitas spesies herbivora dari tanggapan metabolisme daun nan diinduksi, kami mansimulasikan pakan larva Ms jo Sl jo caro langsuang manerapkan OS nan baru dikumpuakan (OSM jo OSS1) pado tusukan standar W dari posisi daun nan konsisten. Prosedur iko disabuik ubek W + OS, dan inyo mambakukan induksi jo caro tapek wakatu dimulainyo tanggapan nan dihasilkan dek herbivora tanpa manyababkan efek nan mambuek binguang dari pabedaan tingkat atau jumlah kahilangan jaringan (Gambar 2A) (34). Manggunoan pipa analisis jo paretongan MS/MS, kami mandapekkan 443 spektrum MS/MS (file data S1), nan tumpang tindih jo spektrum nan sabalunnyo dirakit dari percobaan pakan langsuang. Analisis teori informasi dari kumpulan data MS/MS ko manunjuakan baso pamrograman ulang metabolom khusus daun jo caro mansimulasikan herbivora manunjuakan induksi spesifik OS (Gambar 2C). Sacaro khusus, dibandiangkan jo ubek OSS1, OSM manyababkan paningkekan spesialisasi metabolom pado 4 jam. Paralu diparatian baso dibandiangkan jo kumpulan data eksperimen pakan herbivora langsuang, kinetika metabolisme nan divisualkan dalam ruang duo dimensi manggunoan Hj jo δj sabagai koordinat sarato arah spesialisasi metabolom sabagai tanggapan taradok pangobatan herbivora nan disimulasikan dari wakatu ka wakatu Maningkek konsisten (Gambar 2D). Pado wakatu nan samo, kami mangukua kanduangan asam amino, asam organik jo gulo (file data S2) untuak manyalidiak apokah paningkekan keahlian metabolom nan ditargetkan ko disababkan dek rekonfigurasi metabolisme karbon pusat sabagai tanggapan taradok herbivora nan disimulasikan ( Gambar S2 ). Untuak labiah manjalehan pola iko, kami labiah lanjuik mamantau kinetika akumulasi metabolisme dari jalur fenolamida jo 17-HGL-DTG nan dibahas sabalunnyo. Induksi spesifik OS dari herbivora diubah manjadi pola susunan ulang nan babeda dalam metabolisme fenolamida (Gambar S3). Amida fenolik nan manganduang bagian kumarin jo kafeoil labiah disukoi diinduksi dek OSS1, sadangkan OSM mamicu induksi spesifik konjugat ferulil. Untuak jalur 17-HGL-DTG, induksi OS diferensial dek produk malonilasi jo dimalonilasi hilir tadeteksi (Gambar S3).
Salanjuiknyo, kami mampalajari plastisitas transkriptom nan diinduksi dek OS manggunoan kumpulan data mikroarray pajalanan wakatu, nan mansimulasikan panggunoan OSM untuak maubek daun daun tanaman mawar pado herbivora. Kinetika pambuatan sampel pado dasarnyo tumpang tindih jo kinetika nan digunoan dalam panalitian metabolomik ko (35). Dibandiangkan jo rekonfigurasi metabolom di mano plastisitas metabolisme tarutamo maningkek dari wakatu ka wakatu, kami mangamati pambuangan transkripsi panah pado daun nan diinduksi dek Ms, di mano induksi transkriptom (RDPI) jo spesialisasi (δj) barado pado 1 Ado paningkekan nan signifikan dalam jam, jo ​​karagaman (Hj) nan signifikan dikurangi pado ekspresi BMPx nan signifikan dek BMPx iko. dari spesialisasi transkriptom (Gambar S4). Kaluarga gen metabolik (sarupo P450, glikosiltransferase, jo asiltransferase BAHD) ikuik dalam proses marakit metabolit khusus dari unit-unit struktural nan barasa dari metabolisme primer, manuruik model spesialisasi tinggi awal nan tasabuik di ateh. Sabagai studi kasus, jalur fenilalanin dianalisa. Analisis ko managakan baso gen inti dalam metabolisme fenolamida sangaik diinduksi OS pado herbivora dibandiangkan jo tumbuahan nan indak tapikek, jo sajalan dakek dalam pola ekspresinyo. Faktor transkripsi MYB8 jo gen struktural PAL1, PAL2, C4H jo 4CL di hulu jalur ko manunjuakan awal transkripsi. Asiltransferase nan baparan dalam parakitan akhia fenolamida, sarupo AT1, DH29, jo CV86, mampanampakkan pola pangaturan naiak nan bakapanjangan (Gambar S4). Pangamatan di ateh manunjuakan baso pamulaan awal spesialisasi transkriptom jo paningkekan spesialisasi metabolomik salanjuiknyo adolah mode nan digabuangan, nan mungkin dek sistem pangaturan sinkron nan mamulai tanggapan patahanan nan kuaik.
Rekonfigurasi dalam pansinyalan hormon tumbuahan batindak sabagai lapisan pangaturan nan mangintegrasikan informasi herbivora untuak mamprogram ulang fisiologi tumbuahan. Sasudah simulasi herbivora, kami mangukua dinamika kumulatif kategori hormon tumbuahan kunci jo mamvisualisasikan ko-ekspresi temporal antaro kaduonyo [Koefisien korelasi Pearson (KK)> 0,4] (Gambar 3A). Sarupo nan diharokan, hormon tumbuahan nan takaik jo biosintesis takaik dalam jaringan ko-ekspresi hormon tumbuahan. Salain itu, spesifisitas metabolisme (indeks Si) dipetakan ka jaringan ko untuak manyoroti hormon tumbuahan nan diinduksi dek ubek nan babeda. Duo bidang utamo dari tanggapan spesifik herbivora digambar: ciek adolah pado gugusan JA, di mano JA (bantuaknyo nan aktif sacaro biologis JA-Ile) jo turunan JA lainnyo manunjuakan skor Si tatinggi; nan ciek lai adolah etilena (ET). Gibberelin anyo manunjuakan paningkekan sadang dalam spesifisitas herbivora, samantaro hormon tumbuahan lainnyo, sarupo sitokinin, auksin, jo asam absisit, mampunyoi spesifisitas induksi nan randah untuak herbivora. Dibandiangkan jo manggunoan W + W sajo, amplifikasi nilai puncak turunan JA malalui aplikasi OS (W + OS) pado dasarnyo dapek diubah manjadi indikator spesifik nan kuek dari JA. Indak disangko-sangko, OSM jo OSS1 jo kanduangan elisitor nan babeda dikatahui manyababkan akumulasi JA jo JA-Ile nan sarupo. Babeda jo OSS1, OSM sacaro spesifik jo kuek diinduksi dek OSM, sadangkan OSS1 indak mampakuek tanggapan luko basal (Gambar 3B).
(A) Analisis jaringan ko-ekspresi badasarkan paretongan PCC simulasi kinetika akumulasi hormon tumbuahan nan diinduksi dek herbivora. Simpul mawakili hormon tumbuahan tungga, jo ukuran simpul mawakili indeks Si nan spesifik untuak hormon tumbuahan antaro pangobatan. (B) Akumulasi JA, JA-Ile jo ET pado daun nan disababkan dek perlakuan nan babeda nan ditunjuakan jo warna nan babeda: aprikot, W + OSM; biru, W + OSSl; hitam, W + W; abu-abu, C (kontrol) . Bintang manunjuakan pabedaan nan signifikan antaro ubek jo kontrol (ANOVA duo arah nan diikuti jo pambandiangan ganda pasca hoc Tukey HSD, *** P <0,001). Analisis teori informasi dari (C)697 MS/MS (file data S1) pado biosintesis JA jo spektrum persepsi nan rusak (irAOC jo irCOI1) jo (D)585 MS/MS (file data S1) pado ETR1 jo sinyal ET nan rusak Duo rencana kontrol garih herbivora simulasi jo rencana emp. Bintang manunjuakan pabedaan nan signifikan antaro ubek W+OS jo kontrol nan indak rusak (ANOVA duo arah nan diikuti jo pambandiangan ganda post hoc Tukey HSD, *P<0,05, **P<0,01 jo ***P<0,001). (E) Grafik nan baserak dari oposisi nan baserak taradok spesialisasi. Warna-warnanyo mawakili strain nan dimodifikasi sacaro genetik nan babeda; simbol-simbolnyo mawakili caro ubek nan babeda: sagi tigo, W + OSS1; sagi ampek, W + OSM; lingkaran C
Salanjuiknyo, kami manggunoan strain nan dimodifikasi sacaro genetik dari Nepenthes nan dilemahkan (irCOI1 jo sETR1) dalam langkah-langkah kunci biosintesis JA jo ET (irAOC jo irACO) jo persepsi (irCOI1 jo sETR1) untuak manganalisis metabolisme kaduo hormon tumbuahan ko pado kontribusi pamrograman ulang herbivora Nan relatif. Konsisten jo eksperimen sabalunnyo, kami mamastian induksi herbivora-OS pado tumbuahan pambaok kosong (EV) (Gambar 3, C sampai D) jo panurunan indeks Hj sacaro kasaluruahan nan disababkan dek OSM, sadangkan indeks δj maningkek. Tanggapannyo labiah tarang daripado tanggapan nan dipicu dek OSS1. Grafik duo barih manggunoan Hj jo δj sabagai koordinat manunjuakan deregulasi spesifik (Gambar 3E). Tren nan paliang jaleh adolah pado strain nan kurang sinyal JA, karagaman metabolom jo parubahan spesialisasi nan disababkan dek herbivora ampia sapanuahnyo dihilangkan (Gambar 3C). Sabaliaknyo, persepsi ET nan diam pado tumbuahan sETR1, walaupun efek kasaluruhan pado parubahan metabolisme herbivora jauah labiah randah daripado sinyal JA, maredam pabedaan indeks Hj jo δj antaro eksitasi OSM jo OSS1 (Gambar 3D jo Gambar S5). . Hal iko manunjuakan baso salain fungsi inti dari transduksi sinyal JA, transduksi sinyal ET juo bafungsi sabagai panyasuaian haluih dari tanggapan metabolisme spesifik spesies herbivora. Sasuai jo fungsi panyatelan haluih ko, indak ado parubahan pado induksi metabolom kasaluruahan pado tumbuahan sETR1. Di sisi lain, dibandiangkan jo tumbuahan sETR1, tumbuahan irACO manginduksi amplitudo kasaluruhan nan sarupo dari parubahan metabolisme nan disababkan dek herbivora, tapi manunjuakan skor Hj jo δj nan babeda sacaro signifikan antaro tantangan OSM jo OSS1 (Gambar S5).
Untuak maidentifikasi metabolit khusus nan mampunyoi kontribusi pantiang pado tanggapan spesifik spesies herbivora jo manyaluruah produksinyo malalui sinyal ET, kami manggunoan metode MS/MS struktural nan dikambangkan sabalunnyo. Metode iko mangandalkan metode bi-kluster untuak manyimpulkan baliak kaluarga metabolisme dari pacahan MS/MS [produk titiak nan dinormalisasi (NDP)] jo skor kasamoan badasarkan kahilangan netral (NL). Himpunan data MS/MS nan dibuek malalui analisis garih transgenik ET manghasilkan 585 MS/MS (file data S1), nan disalasaikan jo caro mangalompokkannyo manjadi tujuah modul MS/MS utamo (M) (Gambar 4A) . Babarapo dari modul iko dikemas padek jo metabolit khusus nan sabalunnyo dicirikan: misalnyo, M1, M2, M3, M4 jo M7 kayo jo babagai turunan fenol (M1), flavonoid glikosida (M2), gulo asil (M3 Jo M4), jo 17-HGL-DTG (M7). Salain itu, informasi spesifik metabolisme (indeks Si) dari satu metabolit pado satiok modul dihituang, dan distribusi Sinyo dapek dicaliak sacaro intuitif. Singkeknyo, spektrum MS/MS nan mampanampakkan spesifitas herbivora jo genotipe nan tinggi dicirikan jo nilai Si nan tinggi, jo statistik kurtosis manunjuakan pambagian bulu pado suduik ikua kanan. Salah satu distribusi koloid ramping sarupo iko tadeteksi pado M1, di mano fenol amida manunjuakan fraksi Si tatinggi (Gambar 4B). 17-HGL-DTG induksi herbivora nan disabuik sabalunnyo pado M7 manunjuakan skor Si nan sadang, nan manunjuakan tingkat pangaturan diferensial nan sadang antaro kaduo jinih OS. Sabaliaknyo, kabanyakan metabolit khusus nan dihasiakan sacaro konstitutif, sarupo rutin, CGA, jo gulo asil, tamasuak skor Si nan paliang randah. Untuak labiah manjalajah kompleksitas struktural jo distribusi Si antaro metabolit khusus, jaringan molekuler dibuek untuak satiok modul (Gambar 4B). Sabuah prediksi pantiang dari teori OD (dirangkum dalam Gambar 1B) adolah baso reorganisasi metabolit khusus sasudah herbivora harus manyababkan parubahan satu arah pado metabolit jo nilai patahanan nan tinggi, tarutamo jo maningkekan spesifitasnyo (balawanan jo distribusi acak) Mode) Metabolit patahanan nan diprediksi dek teori MT. Sabagian gadang turunan fenol nan takumpua pado M1 sacaro fungsional takaik jo panurunan kinerja sarangga (32). Katiko mambandiangkan nilai Si pado metabolit M1 antaro daun nan diinduksi jo daun pambuatan tanaman kontrol EV pado 24 jam, kami mangamati baso spesifisitas metabolisme banyak metabolit sasudah sarangga makan rumput mampunyoi tren paningkekan nan signifikan (Gambar 4C). Paningkekan spesifik nilai Si hanyo tadeteksi pado fenolamida pertahanan, tapi indak ado paningkekan nilai Si nan tadeteksi pado fenol lain jo metabolit nan indak dikatahui nan hiduik basamo pado modul ko. Iko adolah model khusus, nan takaik jo teori OD. Prediksi utamo parubahan metabolisme nan disababkan dek herbivora konsisten. Untuak mauji apokah kekhususan spektrum fenolamida ko diinduksi dek ET spesifik OS, kami mamproyeksikan indeks metabolit Si dan manyababkan nilai ekspresi diferensial antaro OSM jo OSS1 pado genotipe EV jo sETR1 (Gambar 4D ). Pado sETR1, pabedaan nan diinduksi dek fenamida antaro OSM jo OSS1 sangaik bakurang. Metode bi-kluster juo diterapkan pado data MS/MS nan dikumpuakan pado strain jo JA nan indak cukuik untuak manyimpulkan modul MS/MS utamo nan takaik jo spesialisasi metabolisme nan diatur JA (Gambar S6).
(A) Hasil pangalompokan 585 MS/MS badasarkan pacahan basamo (kasamaan NDP) jo kahilangan netral basamo (kasamaan NL) maakibaikan modul (M) konsisten jo kaluarga senyawa nan dikatahui, atau dek komposisi Metabolit nan indak dikatahui atau kurang dimetabolisme. Di sampiang satiok modul, ditunjuakan pambagian (Si) spesifik metabolit (MS/MS). (B) Jaringan molekuler modular: Simpul mawakili MS/MS jo tapi, NDP (merah) jo NL (biru) skor MS/MS (potong,> 0,6). Indeks spesifisitas metabolit nan ditingkatkan (Si) diwarnai badasarkan modul (kiri) jo dipetakan ka jaringan molekuler (kanan). (C) Modul M1 dari tanaman EV dalam kaadaan konstitutif (kontrol) jo induksi (herbivora simulasi) pado 24 jam: diagram jaringan molekuler (nilai Si adolah ukuran simpul, fenolamida pertahanan disorot jo warna biru). (D) Diagram jaringan molekuler M1 dari garih spektrum sETR1 jo gangguan persepsi EV jo ET: senyawa fenolik nan diwakili dek simpul lingkaran hijau, jo pabedaan signifikan (nilai P) antaro perawatan W + OSM jo W + OSS1 sabagai ukuran Simpul. CP, N-kafeoil-tirosin; CS, N-kafeoil-spermidin; FP, asam N-ferulat ester-asam urat; FS, N-ferulil-spermidin; Dikafeoil-spermidin; CFS, N', N"-kafeoil, feruloil-spermidin; Lisium barbarum di Anak serigala; Nick. O-AS, Gulo O-asil.
Kami labiah lanjuik mampalaweh analisis dari satu genotipe Nepenthes nan dilemahkan ka populasi alami, di mano parubahan intraspesifik nan kuek pado kadar JA herbivora jo kadar metabolit spesifik alah dijalehan sabalunnyo pado populasi alami (26). Gunoan kumpulan data ko untuak manutuik 43 kuman. Germplasma ko tadiri dari 123 jinih tumbuahan dari N. pallens. Tumbuahan iko diambiak dari biji nan dikumpuakan di habitat asli nan babeda di Utah, Nevada, Arizona, jo California (Gambar S7), kami maituang karagaman metabolom (di siko disabuik tingkek populasi) karagaman β) jo spesialisasi nan disababkan dek OSM. Sasuai jo panalitian sabalunnyo, kami mangamati baragam parubahan metabolisme di sapanjang sumbu Hj jo δj, nan manunjuakan baso germplasma mampunyoi pabedaan nan signifikan dalam plastisitas tanggapan metabolismenyo taradok herbivora (Gambar S7). Organisasi ko maingekkan pado pangamatan sabalunnyo tantang jangkauan dinamis parubahan JA nan disababkan dek herbivora, dan alah mampatahankan nilai nan sangaik tinggi pado satu populasi (26, 36). Dengan manggunoan JA jo JA-Ile untuak mauji korelasi tingkek kasaluruahan antaro Hj jo δj, kami manamukan baso ado korelasi positif nan signifikan antaro JA jo indeks karagaman jo spesialisasi metabolom β (Gambar S7). Hal iko manunjuakan baso heterogenitas nan diinduksi dek herbivora dalam induksi JAs nan tadeteksi pado tingkek populasi mungkin dek polimorfisme metabolisme kunci nan disababkan dek pamiliahan dari herbivora sarangga.
Panalitian sabalunnyo manunjuakan baso jinih timbakau sangaik babeda dalam jinih jo katargantungan relatif pado patahanan metabolisme nan diinduksi jo konstitutif. Dipicayoi baso parubahan transduksi sinyal anti-herbivora jo kamampuan patahanan ko diatur dek takanan populasi sarangga, siklus hiduik tumbuahan, jo biaya produksi patahanan di relung tampek spesies tatantu tumbuah. Kami mampalajari konsistensi pambuatan ulang metabolom daun nan diinduksi dek herbivora dari anam spesies Nicotiana asli Amerika Utara jo Amerika Selatan. Spesies ko bakaik dakek jo Nepenthes Amerika Utara yaitu Nicolas Bociflo. La, N. nikotin, Nikotiana n. rumpuik nan alah dilemahkan, timbakau linier, timbakau (Nicotiana spegazzinii) jo timbakau daun timbakau (Gambar 5A) (37). Anam dari spesies ko, tamasuak spesies N. please nan dicirikan baiak, adolah tumbuahan tahunan dari klade petunia, dan obtusifolia N. adolah tanaman karajo dari klade adiaknyo Trigonophyllae (38). Salanjuiknyo, induksi W + W, W + OSM jo W + OSS1 dilakukan pado tujuah spesies ko untuak mampalajari susunan ulang metabolisme tingkek spesies dari pakan sarangga.
(A) Pohon filogenetik bootstrap badasarkan kamungkinan maksimum [untuak sintesis glutamin inti (38)] jo panyabaran geografis tujuah spesies Nicotiana nan bakaik dakek (warna nan babeda) (37). (B) Plot hamburan dari karagaman khusus untuak profil metabolisme tujuah spesies Nicotiana (939 MS/MS; berkas data S1). Pado tingkek spesies, karagaman metabolom bakorelasi negatif jo tingkek spesialisasi. Analisis korelasi tingkek spesies antaro karagaman metabolisme jo spesialisasi sarato akumulasi JA ditunjuakan pado Gambar 2. S9. Warno, babeda-beda jinihnyo; sagi tigo, W + OSS1; sagi ampek, W + OSM; (C) Dinamika Nicotiana JA jo JA-Ile diperingkatkan manuruik amplitudo eksitasi OS (ANOVA duo arah jo Tukey HSD pambandiangan pasca-ganda, * P <0,05, ** P <0,01 jo * ** Untuak pambandiangan W + OS jo W + W, P <0,001). Plot kotak dari (D) karagaman jo (E) spesialisasi satiok spesies sasudah mansimulasikan herbivora jo metil JA (MeJA). Bintang manunjuakan pabedaan nan signifikan antaro W + OS jo W + W atau lanolin ditambah W (Lan + W) atau Lan ditambah MeJA (Lan + MeJa) jo kontrol Lan (analisis varians duo arah, diikuti jo pambandiangan ganda post hoc HSD Tukey , *P<0,05, **P<0,01 jo 1).
Manggunokan metode rumpun ganda, kami maidentifikasi 9 modul dari 939 MS/MS (berkas data S1). Komposisi MS/MS nan dikonfigurasi ulang jo ubek nan babeda sangaik bavariasi di antaro modul nan babeda antar spesies (Gambar S8). Mamvisualisasikan Hj (disabuik di siko sabagai γ-kaanekaragaman tingkek spesies) jo δj mangungkapkan baso spesies nan babeda maagregasi manjadi kalompok nan sangaik babeda dalam ruang metabolisme, di mano pambalahan tingkek spesies biasonyo labiah mancolok daripado eksitasi. Jo pangacualian N. linier jo N. miring, mareka mampanampakkan rangkaian efek induksi dinamis nan laweh (Gambar 5B). Sabaliaknyo, spesies sarupo N. purpurea jo N. obtusifolia mampunyoi respon metabolisme nan kurang jaleh taradok ubek, tapi metabolomnyo labiah baragam. Distribusi spesifik spesies dari tanggapan metabolisme nan diinduksi mahasilkan korelasi negatif nan signifikan antaro spesialisasi jo karagaman gamma (PCC = -0,46, P = 4,9×10-8). Parubahan nan diinduksi dek OS pado tingkek JAs bakorelasi positif jo spesialisasi metabolom, jo ​​bakorelasi negatif jo karagaman gamma metabolisme nan dipamerkan dek satiok spesies (Gambar 5B jo Gambar S9). Paralu diparatian baso spesies nan dalam bahaso sahari-hari disabuik sabagai spesies "tanggapan sinyal" pado Gambar 5C, sarupo nematoda Nepentes, Nepentes Nepentes, Nepentes akut, jo Nepentes nan dilemahkan, manyababkan tando-tando nan signifikan pado 30 minik. Wabah JA jo JA-Ile spesifik OS nan baru-baru ko, samantaro bakteri lain nan disabuik "sinyal indak mananggapi", sarupo pabrik Nepenthes, Nepenthes bubuak jo N. Pado tingkek metabolisme, sarupo nan disabuikan di ateh, untuak Nepenthes nan dilemahkan, zat nan mananggapi sinyal manunjuakan spesifisitas OS jo maningkekan δj sacaro signifikan, samantaro mangurangi Hj. Efek priming spesifik OS ko indak tadeteksi pado spesies nan diklasifikasikan sabagai spesies non-reaktif sinyal (Gambar 5, D jo E). Metabolit spesifik OS labiah acok dibagi antaro spesies nan tanggap sinyal, dan gugusan sinyal ko mangalompok jo spesies jo tanggapan sinyal nan labiah lamah, sadangkan spesies jo tanggapan sinyal nan labiah lamah manunjuakan saling bagantuang nan kurang (Gambar S8 ). Hasia ko manunjuakan baso induksi spesifik OS dari JA jo rekonfigurasi spesifik OS dari metabolom hilir digabuangan pado tingkek spesies.
Salanjuiknyo, kami manggunoan pasta lanolin nan manganduang metil JA (MeJA) untuak maubek tumbuahan untuak manyalidiak apokah mode panggabungan ko dibatasi dek tasadionyo JA nan diterapkan dek JA eksogen, nan akan ado dalam sitoplasma tumbuahan. Desterifikasi nan capek adolah JA. Kami manamukan tren nan samo dari parubahan batahap dari spesies nan mananggapi sinyal ka spesies nan indak mananggapi sinyal nan disababkan dek pasokan JA nan taruih manaruih (Gambar 5, D jo E). Singkeknyo, ubek MeJA sangaik mamprogram ulang metabolom nematoda linier, N. obliquus, N. aquaticus, N. pallens, jo N. mikimotoi, nan maakibaikan paningkekan δj nan signifikan jo panurunan Hj. N. purpurea hanyo manunjuakan paningkekan δj, tapi indak Hj. N. obtusifolia, nan sabalunnyo alah dibuktikan mangumpuakan tingkek JA nan sangaik randah, juo mananggapi buruak pado ubek MeJA dalam hal rekonfigurasi metabolom. Hasia ko manunjuakan baso produksi JA atau transduksi sinyal dibatasi sacaro fisiologis pado spesies nan indak mananggapi sinyal. Untuak mauji hipotesis ko, kami mampalajari ampek spesies (N. palen, N. pabrik, N. merah jambu jo N. mikrofila) nan diinduksi dek W + W, W + OSMs jo W + OSS1 Transkriptom (39). Konsisten jo pola pambuatan ulang metabolom, spesies ko tapisah jo baiak di ruang transkriptom, di antaronyo N. nan diredam manunjuakan RDPI nan diinduksi OS tatinggi, sadangkan N. gracilis punyo nan paliang randah (Gambar 6A). Namun, ditamukan baso karagaman transkriptom nan diinduksi dek N. oblonga adolah nan paliang randah di antaro ampek spesies, balawanan jo karagaman metabonomik tatinggi N. oblonga nan sabalunnyo ditunjukkan pado tujuah spesies. Panalitian sabalunnyo manunjuakan baso saparangkat gen nan takaik jo sinyal patahanan awal, tamasuak sinyal JA, manjalehan spesifisitas tanggapan patahanan awal nan diinduksi dek elicitor nan takaik jo herbivora pado spesies Nicotiana (39). Mambandingkan jalur sinyal JA antaro kaampek spesies ko mangungkapkan pola nan manarik (Gambar 6B). Kabanyakan gen pado jalur ko, sarupo AOC, OPR3, ACX jo COI1, manunjuakan tingkek induksi nan relatif tinggi pado kaampek spesies ko. Namun, sabuah gen kunci, JAR4, maubah JA manjadi bantuaknyo nan aktif sacaro biologis dari transkrip akumulasi JA-Ile, jo tingkek transkripsinyo sangaik randah, tarutamo pado N. mills, Nepenthes pieris jo N. microphylla. Salain itu, hanyo transkrip gen AOS lain nan indak tadeteksi pado N. bifidum. Parubahan ekspresi gen ko mungkin batangguang jawab ateh fenotipe ekstrim nan diinduksi dek produksi JA nan randah pado spesies anergik sinyal jo induksi N. gracilis.
(A) Analisis teori informasi dari pamrograman ulang tanggapan transkripsi awal dari ampek spesies timbakau nan bakaik dakek nan dicontoh 30 minik sasudah induksi herbivora. RDPI dihituang jo mambandiangkan daun nan diinduksi dek OS herbivora jo kontrol luko. Warna manunjuakan spesies nan babeda, jo simbol manunjuakan caro pangubatan nan babeda. (B) Analisis ekspresi gen pado jalur sinyal JA di antaro ampek spesies. Jalur JA nan disederhanakan ditunjuakan di sampiang plot kotak. Warna nan babeda manunjuakan caro pangolahan nan babeda. Bintang manunjuakan baso ado pabedaan nan signifikan antaro pangobatan W + OS jo kontrol W + W (untuak uji t Siswa untuak pabedaan pasangan, *P<0,05, **P<0,01 jo ***P<0,001). OPDA, asam 12-oksofitodienoat; OPC-8: 0,3-okso-2 (2'(Z)-pentenil)-siklopentan-1-asam oktanoat.
Pado bagian tarakhia, kami mampalajari baa renovasi spesifik sarangga dari metabolom dari spesies tumbuahan nan babeda dapek tahan taradok herbivora. Panalitian sabalunnyo manakankan pado genus Nicotiana. Ketahanannyo taradok Ms jo larva sangaik babeda (40). Di siko, kami mampalajari hubungan antaro model ko jo plastisitas metabolisme mareka. Manggunoan ampek spesies tembakau di ateh, jo mauji korelasi antaro karagaman jo spesialisasi metabolom nan disababkan dek herbivora jo ketahanan tumbuahan taradok Ms jo Sl, kami manamukan ketahanan, karagaman jo spesialisasi taradok generalis Sl Sadonyo bakorelasi positif, sadangkan korelasi antaro karagaman ahli ladies adolah, Gambar indak jo ( S10). Satantangan ketahanan S1, baiak N. chinensis maupun N. gracilis nan dilemahkan, nan sabalunnyo ditunjukkan untuak mampanampakkan tingkek transduksi sinyal JA jo plastisitas metabolom, punyo tanggapan nan sangaik babeda taradok induksi herbivora, dan inyo juo manunjuakan ketahanan tinggi nan sarupo. Seks.
Dalam anam puluah taun tarakhia, teori patahanan tumbuahan alah manyadiokan karangko teoritis, nan badasarkannyo para panaliti alah mamprediksi sajumlah gadang evolusi jo fungsi metabolit khusus tumbuahan. Kabanyakan teori-teori ko indak maikuiki prosedur normal dari kesimpulan nan kuek (41). Mereka mangusulkan prediksi kunci (3) pado tingkek analisis nan samo. Katiko pangujian prediksi kunci mamungkinkan teori-teori tatantu untuak dianalisa, hal iko akan mambuek bidang tu sadang maju. Didukuang, tapi tulak urang lain (42). Sabaliaknyo, teori baru mambuek prediksi pado tingkek analisis nan babeda jo manambah lapisan baru dari pertimbangan deskriptif (42). Namun, kaduo teori nan diusulkan pado tingkek fungsional, MT jo OD, dapek jo mudah dijalehan sabagai prediksi pantiang dari parubahan metabolisme khusus nan disababkan dek herbivora: teori OD picayo baso parubahan “ruang” metabolisme khusus sangaik baarah . Teori MT picayo baso parubahan ko akan indak bararah jo talatak sacaro acak di ruang metabolisme, jo cenderung mampunyoi metabolit nilai patahanan nan tinggi. Pamariksaan sabalunnyo dari prediksi OD jo MT alah diuji manggunoan sakumpulan sampik dari senyawa “pertahanan” apriori. Uji-uji nan bapusat pado metabolit ko malarang kamampuan untuak manganalisis luas jo lintasan rekonfigurasi metabolom salamo herbivora, jo indak mamungkinkan pangujian dalam rangka statistik nan konsisten untuak mamaralukan prediksi kunci nan dapek dianggap sacaro kasaluruahan Mangua parubahan metabolom tumbuahan. Di siko, kami manggunoan teknologi inovatif dalam metabolomik badasarkan MS komputasi jo malakuan analisis MS dekonvolusi dalam mata uang umum deskriptor teori informasi untuak mauji pabedaan antaro kaduonyo nan diusulkan pado tingkek metabolomik global. Kunci prediksi dari teori ko. Teori informasi alah diterapkan di banyak bidang, tarutamo dalam konteks kaanekaragaman hayati jo panalitian aliran nutrisi (43). Namun, sajauah nan kami katahui, iko adolah aplikasi partamo nan digunoan untuak manggambarkan ruang informasi metabolisme tumbuahan jo manyalasaian masalah ekologi nan takaik jo parubahan metabolisme samantaro sabagai tanggapan taradok isyarat lingkuangan. Sacaro khusus, kamampuan metode ko talatak pado kamampuannyo untuak mambandiangkan pola dalam jo antaro spesies tumbuahan untuak mamareso baa herbivora alah baevolusi dari spesies nan babeda ka pola makroevolusi antar spesies pado tingkek evolusi nan babeda. Daging metabolisme.
Analisis komponen utamo (PCA) maubah himpunan data multivariat manjadi ruang pangurangan dimensi sahinggo kecenderungan utamo data dapek dijalehan, sahinggo biasonyo digunokan sabagai teknik eksploratif untuak mamareso himpunan data, sarupo metabolom dekonvolusi. Namun, pangurangan dimensi akan kahilangan sabagian dari isi informasi dalam kumpulan data, dan PCA indak dapek manyadiokan informasi kuantitatif tantang ciri-ciri nan sangaik relevan jo teori ekologi, sarupo: baa herbivora mangkonfigurasi ulang karagaman dalam bidang khusus (misalnyo, kakayaan, distribusi) Jo kalimpahan) metabolit? Metabolit mano nan marupoan prediktor dari kaadaan nan diinduksi dari herbivora tatantu? Dari suduik pandang spesifisitas, karagaman jo induksi, isi informasi profil metabolit spesifik daun diuraikan, dan ditamukan baso pamakan herbivora dapek maaktifkan metabolisme spesifik. Indak disangko-sangko, kami mangamati baso, sarupo nan dijalehan dalam indikator teori informasi nan dilaksanakan, situasi metabolisme nan dihasilkan mampunyoi tumpang tindih gadang sasudah serangan kaduo herbivora (generalis Sl nan diagiah makan malam) jo ahli Solanaceae Ms. Pamula konjugat asam lemak-asam amino (FAA) pado OS (31). Dengan manggunoan OS herbivora untuak maubek luko tusuak standar, ubek herbivora simulasi juo manunjuakan tren nan sarupo. Prosedur standar untuak mansimulasikan tanggapan tumbuahan taradok sarangan herbivora ko mailangkan faktor-faktor nan mangganggu nan disababkan dek parubahan parilaku makan herbivora, nan manyababkan tingkek karusakan nan babeda-beda pado wakatu nan babeda (34). FAC, nan dikatahui sabagai panyabab utamo OSM, mangurangi JAS jo tanggapan hormon tumbuahan lainnyo pado OSS1, sadangkan OSS1 mangurangi ratusan kali (31). Namun, OSS1 manyababkan tingkek akumulasi JA nan sarupo dibandiangkan jo OSM. Sabalunnyo alah ditunjukkan baso tanggapan JA pado Nepenthes nan dilemahkan sangaik sensitif pado OSM, di mano FAC dapek mampatahankan aktivitasnyo walaupun diencerkan 1:1000 jo aia (44). Dek karano itu, dibandiangkan jo OSM, walaupun FAC pado OSS1 sangaik randah, tapi cukuik untuak manginduksi wabah JA nan cukuik. Panalitian sabalunnyo manunjuakan baso protein sarupo porin (45) jo oligosakarida (46) dapek digunoan sabagai petunjuk molekuler untuak mamicu tanggapan patahanan tumbuahan pado OSS1. Namun, masih alun jaleh apokah elicitor ko di OSS1 batangguang jawab ateh akumulasi JA nan diamati dalam panalitian kini.
Walaupun ado saketek panalitian nan manggambarkan sidik jari metabolisme diferensial nan disababkan dek penerapan herbivora nan babeda atau JA atau SA eksogen (asam salisilat) (47), indak ado nan mangganggu gangguan spesifik spesies herbivora dalam jaringan rumpuik tumbuahan dan efeknyo pado sistem metabolisme nan spesifik sacaro kasaluruahan adolah. informasi pribadi nan ado. Analisis ko labiah lanjuik managakan baso hubungan jaringan hormon internal jo hormon tumbuahan lain salain JA mambantuak spesifisitas reorganisasi metabolisme nan disababkan dek herbivora. Sacaro khusus, kami mandeteksi baso ET nan disababkan dek OSM sacaro signifikan labiah gadang daripado nan disababkan dek OSS1. Modus iko konsisten jo labiah banyak kanduangan FAC dalam OSM, nan marupokan kondisi nan paralu dan cukuik untuak mamicu ledakan ET (48). Dalam konteks interaksi antaro tumbuahan jo herbivora, fungsi sinyal ET pado dinamika metabolit spesifik tumbuahan masih sporadis dan hanyo manargetakan satu kalompok senyawa. Salain itu, kabanyakan panalitian alah manggunoan aplikasi eksogen ET atau prekursornyo atau babagai inhibitor untuak mampalajari pangaturan ET, di antaronyo aplikasi kimia eksogen ko akan mahasilkan banyak efek sampiang non-spesifik. Sapanjang pangatahuan kami, panalitian ko mawakili pamariksaan sistematis skala gadang patamo tantang peran ET dalam panggunoan ET untuak manghasilkan jo mamahami tanaman transgenik nan rusak untuak mangkoordinasikan dinamika metabolom tanaman. Induksi ET spesifik herbivora pado akhianyo dapek mamodulasi tanggapan metabolom. Nan paliang signifikan adolah manipulasi transgenik gen biosintesis ET (ACO) jo persepsi (ETR1) nan mangungkapkan akumulasi de novo fenolamida spesifik herbivora. Sabalunnyo alah ditunjukkan baso ET dapek manyaluruah akumulasi nikotin nan diinduksi JA jo caro maatur N-metiltransferase putresin (49). Namun, dari suduik pandang mekanik, alun jaleh baa ET manyaluruah induksi fenamida. Salain fungsi transduksi sinyal ET, fluks metabolisme dapek juo dialiahkan ka S-adenosil-1-metionin untuak maatur investasi pado poliaminofenol amida. S-adenosil-1-metionin adolah ET jo perantara umum dari jalur biosintesis poliamin. Mekanisme sinyal ET nan maatur kadar fenolamida paralu dikaji labiah lanjuik.
Salamo wakatu nan lamo, dek banyaknyo metabolit khusus nan indak dikatahui strukturnyo, paratian nan intens pado kategori metabolisme tatantu indak dapek manilai sacaro ketat parubahan temporal karagaman metabolisme sasudah interaksi biologis. Pado maso kini, badasarkan analisis teori informasi, hasil utamo dari akuisisi spektrum MS/MS badasarkan metabolit nan indak bias adolah herbivora nan mamakan atau mansimulasikan herbivora taruih mangurangi karagaman metabolisme kasaluruahan metabolom daun sambia maningkekan tingkek spesialisasinyo. Paningkekan spesifisitas metabolom samantaro nan disababkan dek herbivora ko takaik jo paningkekan sinergis spesifisitas transkriptom. Fitur nan paliang banyak mambarikan kontribusi pado spesialisasi metabolom nan labiah gadang ko (mampunyoi nilai Si nan labiah tinggi) adolah metabolit khusus jo fungsi herbivora nan dicirikan sabalunnyo. Model iko sasuai jo prediksi teori OD, tapi prediksi MT nan takaik jo kaacakan pamrograman ulang metabolom indak sasuai. Namun, data ko juo sasuai jo prediksi model campuran (MT paliang rancak; Gambar 1B), karano metabolit lain nan indak dicirikan jo fungsi patahanan nan indak dikatahui mungkin masih maikuiki distribusi Si acak.
Sabuah pola nan paralu diparatian nan labiah lanjuik ditangkok dek panalitian ko adolah baso dari tingkek evolusi mikro (populasi tumbuahan jo timbakau tungga) sampai skala evolusi nan labiah gadang (spesies timbakau nan bakaik dakek), tingkek organisasi evolusi nan babeda barado dalam “pertahanan terbaik” Ado pabedaan nan signifikan dalam kamampuan herbivora. Moore dkk. (20) jo Kessler jo Kalske (1) sacaro mandiri mangusulkan untuak maubah tigo tingkek fungsional kaanekaragaman hayati nan awalnyo dibedakan dek Whittaker (50) manjadi parubahan temporal konstitutif jo induksi dari kaanekaragaman kimia; panulis ko indak pulo marangkum Prosedur untuak pangumpuaan data metabolom skala gadang juo indak manggarisbawahi caro mahituang karagaman metabolisme dari data ko. Dalam panalitian ko, panyasuaian ketek pado klasifikasi fungsional Whittaker akan maanggap karagaman α-metabolisme sabagai karagaman spektrum MS/MS pado suatu tumbuahan tatantu, jo karagaman β-metabolisme sabagai metabolisme intraspesifik dasar dari sakelompok populasi Ruang Angkasa, jo karagaman γ-metabolisme akan manjadi panyambuangan dari analisis nan sarupo.
Sinyal JA sangaik pantiang untuak baragam tanggapan metabolisme herbivora. Namun, kurangnyo pangujian kuantitatif nan ketat dari kontribusi pangaturan intraspesifik biosintesis JA pado karagaman metabolom, jo ​​apokah sinyal JA marupoan tampek umum untuak karagaman metabolisme nan diinduksi dek stres pado skala makroevolusi nan labiah tinggi masih sulik dipahami. Kami mangamati baso sifaik herbivora Nepenthes manginduksi spesialisasi metabolom jo variasi spesialisasi metabolom dalam populasi spesies Nicotiana jo di antaro spesies Nicotiana nan bakaik dakek sacaro sistematis bakorelasi positif jo sinyal JA. Salain itu, katiko sinyal JA rusak, spesifisitas metabolisme nan diinduksi dek herbivora genotipe tungga akan dibatalkan (Gambar 3, C jo E). Karano parubahan spektrum metabolisme dari populasi Nepenthes nan dilemahkan sacaro alami kabanyakan kuantitatif, parubahan karagaman jo spesifisitas β metabolisme dalam analisis ko mungkin sabagian gadang disababkan dek eksitasi nan kuek dari kategori senyawa nan kayo jo metabolit. Kelas-kelas senyawa ko manguasoi sabagian dari profil metabolom jo mangarah pado korelasi positif jo sinyal JA.
Karano mekanisme biokimia spesies timbakau nan bakaik dakek jonyo sangaik babeda, metabolitnyo diidentifikasi sacaro khusus dalam aspek kualitatif, sahinggo labiah analitis. Pamrosesan teori informasi dari profil metabolisme nan ditangkok mangungkapkan baso induksi herbivora mampaburuak panyalasaian antaro karagaman gamma metabolisme jo spesialisasi. Sinyal JA mamainkan peran sentral dalam trade-off ko. Paningkekan spesialisasi metabolom sasuai jo prediksi OD utamo jo bakorelasi positif jo sinyal JA, sadangkan sinyal JA bakorelasi negatif jo karagaman gamma metabolisme. Model-model iko manunjuakan baso kapasitas OD tumbuahan tarutamo ditantuan dek plastisitas JA, baiak pado skala mikroevolusi atau pado skala evolusi nan labiah gadang. Percobaan aplikasi JA eksogen nan mahindari cacat biosintesis JA labiah lanjuik mangungkapkan baso spesies timbakau nan bakaik dakek dapek dibedakan manjadi spesies nan mananggapi sinyal jo nan indak mananggapi sinyal, samo jo mode JA jo plastisitas metabolomnyo nan diinduksi dek herbivora. Spesies nan indak mananggapi sinyal indak dapek mananggapi karano indak kamampuannyo untuak manghasilkan JA endogen dan dek karano itu tunduak pado pambatasan fisiologis. Hal iko mungkin disababkan dek mutasi pado babarapo gen kunci pado jalur pansinyalan JA (AOS jo JAR4 pado N. crescens) dari. Hasia ko manyoroti baso pola makroevolusi antar spesies ko mungkin tarutamo didorong dek parubahan persepsi jo tanggapan hormon internal.
Salain interaksi antaro tumbuahan jo herbivora, eksplorasi karagaman metabolisme takaik jo sadoalah kamajuan teoritis pantiang dalam panalitian adaptasi biologis jo lingkuangan jo evolusi sipaik fenotipik nan kompleks. Jo paningkekan jumlah data nan didapek dek instrumen MS modern, pangujian hipotesis pado karagaman metabolisme kini dapek malintehi pabedaan metabolit individu/kategori jo malakuan analisis global untuak mangungkapkan pola nan indak didugo. Dalam proses analisis skala gadang, kiasan pantiang adolah gagasan untuak mangandung peta nan bamakno nan dapek digunoan untuak manjalajah data. Dek karano itu, hasil pantiang dari kombinasi kini dari metabolomik MS/MS nan indak bias jo teori informasi adolah manyadiokan metrik sederhana nan dapek digunoan untuak mambangun peta untuak manjalajah karagaman metabolisme pado skala taksonomi nan babeda. Memang syarat dasar dari caro iko. Kajian tantang evolusi mikro/makro jo ekologi masyarakaik.
Pado tingkek evolusi makro, inti dari teori ko-evolusi tumbuahan-sarangga dari Ehrlich jo Raven (51) adolah untuak mamprediksi baso variasi karagaman metabolisme antar spesies adolah panyabab dari karagaman garih katurunan tumbuahan. Namun, dalam limo puluah tahun sajak dipublikasikannyo karya mani ko, hipotesis ko alah jarang diuji (52). Hal iko sabagian gadang disababkan dek ciri-ciri filogenetik dari ciri-ciri metabolisme nan sabandiang di saluruah garih katurunan tumbuahan jarak jauah. Kelangkaannyo dapek digunoan untuak malakekkan metode analisis sasaran. Alur karajo MS/MS kini nan diproses dek teori informasi mangukua kasamoan struktural MS/MS dari metabolit nan indak dikatahui (tanpa pamiliahan metabolit sabalunnyo) jo maubah MS/MS ko manjadi sakumpulan MS/MS, sahinggo dalam metabolisme profesional Model makro-evolusi ko dibandiangkan dalam skala klasifikasi. Paunjuk statistik nan sederhana. Prosesnyo sarupo jo analisis filogenetik, nan dapek manggunoan panyalasaian urutan untuak mangukua laju diversifikasi atau evolusi karakter tanpa prediksi sabalunnyo.
Pado tingkek biokimia, hipotesis panyaringan Firn jo Jones (53) manunjuakan baso karagaman metabolisme dipaliharo pado tingkek nan babeda untuak manyadiokan bahan baku untuak malakuan aktivitas biologis metabolit nan sabalunnyo indak takaik atau diganti. Metode teori informasi manyadiokan karangko di mano transisi evolusi spesifik metabolit ko nan tajadi salamo spesialisasi metabolit dapek diukua sabagai bagian dari proses panyaringan evolusi nan diusulkan: adaptasi aktif sacaro biologis dari spesifisitas randah ka spesifisitas tinggi Metabolit nan dihambat dari lingkuangan tatantu.
Sacaro kasaluruahan, pado maso awal biologi molekuler, teori-teori patahanan tumbuahan pantiang dikambangkan, jo metode nan didorong dek hipotesis deduktif sacaro laweh dianggap sabagai satu-satunyo sarana untuak kamajuan ilmiah. Hal iko sabagian gadang disababkan dek pambatasan teknis pangukuran saluruah metabolom. Walaupun metode nan didorong dek hipotesis sangaik baguno dalam mamiliah mekanisme kausal lainnyo, kamampuannyo untuak mamajukan pamahaman kito tantang jaringan biokimia labiah tabateh daripado metode komputasi nan kini tasadio dalam ilimu nan intensif data kontemporer. Dek karano itu, teori-teori nan indak dapek diprediksi jauah di lua lingkup data nan tasadio, sahinggo rumus hipotetis/siklus uji kamajuan di bidang panalitian indak dapek dihapuih (4). Kami maramalkan baso alur karajo komputasi metabolomik nan diperkenalkan di siko dapek mambangkikkan baliak minat pado masalah-masalah baru-baru ko (baa) jo tarakhia (mangapo) tantang karagaman metabolisme, jo mambarikan kontribusi pado era baru dari ilimu data nan dipandu sacaro teoritis. Era tu mamareso baliak teori-teori pantiang nan mambari inspirasi kapado generasi-generasi sabalunnyo.
Pakan herbivora langsuang dilakukan jo caro mamaliharo larva instar kaduo atau larva Sl pado satu daun tanaman kendi bawarna Pucek dari satu tanaman nan bakambang mawar, jo 10 replika tanaman per tanaman. Larva sarangga dijepit jo penjepit, dan jaringan daun nan tasiso dikumpuakan 24 jo 72 jam sasudah infeksi dan dibekukan capek, dan metabolitnyo diekstraksi.
Mansimulasikan ubek herbivora jo caro nan sangaik sinkron. Metodenyo adolah manggunoan roda pola kain untuak manusuak tigo barih duri di satiok sisi tulang rusuak tangah dari tigo daun tanaman nan mangambang sapanuahnyo salamo tahap tumbuah karangan bunga kain, dan langsuang malakekkan 1:5 Diluted Ms. Atau manggunoan jari-jari nan basarung untuak manusuak S1 wound ka dalam. Panen jo olah daun sarupo nan dijalehan di ateh. Gunoan caro nan dijalehan sabalunnyo untuak mangaluaan metabolit primer jo hormon tumbuahan (54).
Untuak aplikasi JA eksogen, tigo daun tangkai dari masiang-masiang dari anam tanaman kambang mawar dari masiang-masiang spesies dirawat jo 20μl pasta lanolin nan manganduang 150μg MeJA (Lan + MeJA), jo 20μl lanolin ditambah ubek luko (Lan + MeJA), atau digunoan aμl la2. Daunnyo dipanen 72 jam sasudah dirawat, dibekukan sacaro capek dalam nitrogen cair, jo disimpan pado suhu -80°C sampai dipakai.
Ampek garih transgenik JA jo ET, yaitu irAOC (36), irCOI1 (55), irACO jo sETR1 (48), alah diidentifikasi dalam kalompok panalitian kami. irAOC sangaik manunjuakan panurunan kadar JA jo JA-Ile, sadangkan irCOI1 indak sensitif jo JA. Dibandiangkan jo EV, akumulasi JA-Ile maningkek. Baitu juo irACO akan mangurangi produksi ET, dan dibandiangkan jo EV, sETR1, nan indak sensitif jo ET, akan maningkekan produksi ET.
Spektrometer laser fotoakustik (sensor ET wakatu nyato Sensor Sensor ETD-300) digunoan untuak malakuan pangukuran ET sacaro indak invasif. Langsuang sasudah dirawat, satangah dari daun dipotong jo dipindahan ka dalam vial kaco 4 ml nan tatutuik, jo ruang kapalo dibiakan takumpua dalam wakatu 5 jam. Salamo pangukuran, satiok vial di siram jo aliran udaro murni 2 liter/jam salamo 8 minik, nan sabalunnyo alah malalui katalis nan disadiokan dek Sensor Sense untuak mangaluaan CO2 jo aia.
Data mikroarray awalnyo ditabikkan pado (35) jo disimpan di Basis Data Komprehensif Ekspresi Gen Pusat Informasi Bioteknologi Nasional (NCBI) (nomor akses GSE30287). Data nan sasuai jo daun nan disababkan dek ubek W + OSMs jo kontrol nan indak rusak diekstraksi untuak panalitian ko. Intensitas mentahnyo adolah log2. Sabalun analisis statistik, garih dasar diubah jo dinormalisasi manjadi persentilnyo nan ka-75 manggunoan paket parangkat lunak R.
Data urutan RNA asli (RNA-seq) dari spesies Nicotiana diambiak dari Arsip Bacoan Singkek NCBI (SRA), nomor proyeknyo adolah PRJNA301787, nan dilaporkan dek Zhou dkk. (39) dan lanjutkan sarupo nan dijalehkan dalam (56). Data mentah nan diolah dek W + W, W + OSM jo W + OSS1 nan sasuai jo spesies Nicotiana dipiliah untuak dianalisa dalam panalitian ko, jo diproses jo caro barikuik: Partamo, pambacoan RNA-seq mentah diubah manjadi format FASTQ. HISAT2 mangubah FASTQ manjadi SAM, dan SAMtools mangubah berkas SAM manjadi berkas BAM nan diuruik. StringTie digunoan untuak mahituang ekspresi gen, dan metode ekspresinyo adolah ado pacahan per saribu pacahan basa per sajuta pacahan transkripsi nan diuruik.
Kolom kromatografi Acclaim (150 mm x 2,1 mm; ukuran partikel 2,2μm) nan digunoan dalam analisis jo kolom panjago 4 mm x 4 mm tadiri dari bahan nan samo. Gradien biner barikuik digunoan dalam sistem Kromatografi Cairan Kinerja Tinggi Ultra Dionex UltiMate 3000 (UHPLC): 0 sampai 0,5 minik, isokratik 90% A [aia deionisasi, 0,1% (v/v) asetonitril (v/v) asetonitril (v/v) asetonitril dan 0,05% asam B. 0,05% asam formik nan ado); 0,5 inggo 23,5 minik, fase gradien masiang-masiang 10% A jo 90% B; 23,5 sampai 25 minik, isokratik 10% A jo 90% B. Laju alirannyo 400μl/min. Untuak sadoalah analisis MS, suntikkan eluen kolom ka dalam analisa kuadrupol jo wakatu tabang (qTOF) nan dilangkoki jo sumber elektrosemprotan nan baoperasi dalam mode ionisasi positif (tegangan kapiler, 4500 V; kaluaran kapiler 130 V ; Suhu pangaringan aliran udara 200°C;
Lakuan analisis pacahan MS/MS (salanjuiknyo disabuik MS/MS) nan indak relevan atau indak dapek dibedakan dari data untuak mandapekkan informasi struktural tantang profil metabolisme nan dapek dideteksi sacaro kasaluruahan. Konsep metode MS/MS nan indak paduli mangandalkan fakta baso quadrupole mampunyoi jendela isolasi massa nan sangaik gadang [karano itu, anggaplah sadoalah sinyal rasio massa-ka-muatan (m/z) sabagai pacahan]. Dek alasan iko, karano instrumen Impact II indak dapek mambuek kamiringan CE, babarapo analisis mandiri dilakukan manggunoan paningkekan nilai energi tabrakan disosiasi nan diinduksi tabrakan (CE). Singkeknyo, partamo-tamo analisa sampel jo ionisasi elektrosemprot UHPLC/qTOF-MS manggunoan mode spektrometri massa tunggal (kondisi pacahan randah nan dihasiakan dek pacahan dalam sumber), pindai dari m/z 50 sampai 1500 pado frekuensi pangulangan 5 Hz. Gunoan nitrogen sabagai gas tabrakan untuak analisis MS/MS, jo malakukan pangukuran mandiri pado ampek tegangan disosiasi nan babeda nan diinduksi tabrakan barikuik: 20, 30, 40, jo 50 eV. Sapanjang proses pangukuran, kuadrupol mampunyoi jendela isolasi massa tagadang, dari m/z 50 inggo 1500. Katiko m/z badan muko jo percobaan leba isolasi diatur ka 200, rentang massa sacaro otomatis diaktifkan dek parangkat lunak operasi instrumen jo 0 Da. Pindai untuak pacahan massa sarupo pado mode massa tungga. Gunoan natrium format (50 ml isopropanol, 200 μl asam formik jo 1 ml larutan berair NaOH 1M) untuak kalibrasi massa. Manggunoan algoritma kalibrasi presisi tinggi Bruker, berkas data dikalibrasi sasudah manjalankan spektrum rato-rato dalam periode wakatu tatantu. Gunoan fungsi ekspor dari perangkat lunak Analisis Data v4.0 (Brook Dalton, Bremen, Jerman) untuak mangubah file data mentah manjadi format NetCDF. Himpunan data MS/MS alah disimpan dalam basis data metabolomik tabukak MetaboLights (www.ebi.ac.uk) jo nomor aksesi. 1471.
Rakitan MS/MS dapek direalisasikan malalui analisis korelasi antaro sinyal kualitas MS1 jo MS/MS untuak energi tabrakan randah jo tinggi sarato aturan nan baru dilaksanakan. Skrip R digunoan untuak mawujuikkan analisis korelasi distribusi prekursor pado produk, jo skrip C# (pipa-rakitan-MS-MS-indak paduli) digunoan untuak malaksanakan aturan.
Untuak mangurangi kasalahan positif palsu nan disababkan dek bunyi latar balakang jo korelasi palsu nan disababkan dek mandeteksi fitur m/z tatantu hanyo pado babarapo sampel, kami manggunoan fungsi “puncak panuah” dari paket R XCMS (untuak koreksi intensitas bunyi latar balakang) Harus digunoan untuak mangganti “NA peunde” (peunde) . Katiko fungsi puncak isi digunokan, masih banyak nilai intensitas “0′′ dalam himpunan data nan akan mampangaruahi paretongan korelasi. Kamudian, kami mambandiangkan hasil pamrosesan data nan didapek katiko fungsi puncak diisi digunokan dan katiko fungsi puncak diisi indak digunokan, dan mahituang nilai noise rato-rato latar balakang nan dikoreksi pado the0. nilai-nilai intensitas jo nilai latar balakang nan dihituang Kami juo hanyo maanggap fitur-fitur nan intensitasnyo malabihi tigo kali nilai latar balakang dan maanggapnyo sabagai “puncak-puncak nan sabananyo.” Untuak paretongan PCC, hanyo sinyal m/z dari prekursor sampel (MS1) jo himpunan data pacahan jo sakurang-kurangnyo lapan puncak batua nan diparatian.
Jikok intensitas fitur mutu prekursor pado saluruah sampel bakorelasi sacaro signifikan jo intensitas nan bakurang dari fitur kualitas nan samo nan kanai energi tabrakan randah atau tinggi, jo fitur indak dicap sabagai puncak isotop dek CAMERA, hal iko dapek didefinisikan labiah lanjuik. Kudian, jo mahituang sadoalah pasangan prekursor-produk nan mungkin dalam wakatu 3 s (jendela wakatu retensi nan diperkirakan untuak retensi puncak), analisis korelasi dilakukan. Hanyo katiko nilai m/z labiah randah dari nilai pandahulu dan pacahan MS/MS tajadi di lokasi sampel nan samo dalam himpunan data jo pandahulu dari mano inyo barasa, mako dianggap sabagai pacahan.
Badasakan duo aturan sederhana ko, kami mangacualian pacahan nan ditantuan jo nilai m/z nan labiah gadang dari m/z dari prekursor nan diidentifikasi, dan badasarkan posisi sampel di mano prekursor muncua jo pacahan nan ditantuan. Hal iko juo dimungkinkan untuak mamiliah fitur kualitas nan dihasiakan dek banyak fragmen dalam sumber nan dihasiakan dalam mode MS1 sabagai calon prekursor, sahinggo dihasiakan senyawa MS/MS nan redundan. Untuak mangurangi redundansi data ko, jiko kemiripan NDP spektrum malabihi 0,6, dan inyo tamasuak dalam “kelompok pc” kromatogram nan dianotasi dek CAMERA, kami akan manggabuangkannyo. Akhianyo, kami manggabuangkan kaampek hasil CE nan takaik jo prekursor jo pacahan ka dalam spektrum komposit dekonvolusi tarakhia jo mamiliah puncak intensitas tatinggi di antaro sadoalah puncak calon jo nilai m/z nan samo pado energi tabrakan nan babeda. Langkah-langkah pamrosesan barikuiknyo didasarkan pado konsep spektrum komposit jo mampatimbangkan kondisi CE nan babeda nan diparaluan untuak mamaksimalkan kamungkinan pacahan, karano babarapo pacahan hanyo dapek dideteksi di bawah energi tabrakan tatantu.
RDPI (30) digunoan untuak mahituang induksi dari profil metabolisme. Karagaman spektrum metabolisme (indeks Hj) barasa dari kalimpahan pandahulu MS/MS manggunoan entropi Shannon dari distribusi frekuensi MS/MS manggunoan persamaan barikuik nan dijalehan dek Martínez dkk. (8). Hj = −∑i = 1mPijlog2(Pij) dimano Pij sasuai jo frekuensi relatif MS/MS ka-i pado sampel ka-j (j = 1, 2,..., m) (i = 1, 2, ..., m) t).
Spesifisitas metabolisme (indeks Si) didefinisikan sabagai identitas ekspresi MS/MS nan diagiah dalam kaitannyo jo frekuensi antaro sampel nan diparatian. Spesifisitas MS/MS dihituang sabagai Si = 1t (∑j = 1tPijPilog2PijPi)
Gunoan rumus barikuik untuak mangukua indeks δj spesifik metabolom dari satiok sampel j, jo rato-rato spesifitas MS/MS δj = ∑i = 1mPijSi .
Spektrum MS/MS dijajarkan sacaro bapasang, dan kasamoannyo dihituang badasarkan kaduo skor. Partamo, manggunoan NDP standar (juo dikenal sabagai metode korelasi kosinus), manggunoan persamaan barikuik untuak manskor kasamoan segmen antaro spektrum NDP = (∑iS1 & S2WS1, iWS2, i) 2∑iWS1, i2∑iWS2, i2 dimano S1 jo S2 Sasuai jo i, untuak spektrum sabagai,1. i mawakili barek badasarkan intensitas puncak nan pabedaan puncak umum ka-i antaro kaduo spektrum kurang dari 0,01 Da. Bareknyo dihituang sabagai barikuik: W = [intensitas puncak] m [kualitas] n, m = 0,5, n = 2, sarupo nan disarankan dek MassBank.
Metode penilaian kaduo dilaksanakan, nan malibaikkan analisis NL nan dibagi antaro MS/MS. Untuak tujuan iko, kami manggunoan 52 daftar NL nan acok ditamukan salamo proses pacahan MS sacaro basamo-samo, jo NL nan labiah spesifik (file data S1) nan alah dianotasi sabalunnyo untuak spektrum MS / MS dari metabolit sekunder dari spesies Nepenthes nan alah lamah ( 9, 26 ). Buek vektor biner 1 jo 0 untuak satiok MS/MS, sasuai jo arus jo indak ado dari babarapo NL masiang-masiang. Badasakan kasamoan jarak Euclidean, skor kasamoan NL dihituang untuak satiok pasangan vektor NL biner.
Untuak malakukan pangalompokan ganda, kami manggunoan paket R DiffCoEx, nan didasarkan pado panyambuangan Analisis Ko-ekspresi Gen Tertimbang (WGCNA). Manggunoan matriks skor NDP jo NL dari spektrum MS/MS, kami manggunoan DiffCoEx untuak mahetong matriks korelasi pambandiangan. Pangrumpukan biner dilakukan jo caro maatur parameter "pohonDinamis" manjadi metode = "hibrida", Tinggi Potong = 0,9999, Pambagian Dalam = T, jo UkuranClustermin = 10. Kode sumber R dari DiffCoEx diunduh dari file tambahan 1 dek Tesson dkk. (57); Paket perangkat lunak R WGCNA nan diparalukan dapek ditamukan di https://horvath.genetics.ucla.edu/html.
Untuak malakukan analisis jaringan molekuler MS/MS, kami mahetong konektivitas spektral nan basandiang badasarkan jinih kasamoan NDP jo NL, jo manggunoan parangkat lunak Cytoscape untuak mamvisualisasikan topologi jaringan manggunoan tata letak organik dalam aplikasi panyambuangan algoritma tata letak yFiles CyFilescape.
Gunoan R versi 3.0.1 untuak malakukan analisis statistik pado data. Signifikansi statistik dinilai manggunoan analisis varians duo arah (ANOVA), diikuti jo uji pasca-hoc pabedaan signifikan sacaro jujur ​​(HSD) Tukey. Untuak manganalisis pabedaan antaro ubek herbivora jo kontrol, distribusi duo ikua dari kaduo kalompok sampel jo varians nan samo dianalisa manggunoan uji t Student.
Untuak bahan tambahan untuak artikel ko, silakan caliak http://advances.sciencemag.org/cgi.
Iko adolah artikel akses tabukak nan didistribusikan di bawah syarat-syarat Lisensi Atribusi-Non-Komersial Creative Commons, nan mamungkinkan panggunoan, distribusi jo reproduksi dalam media apo sajo, asalkan panggunoan akhia bukan untuak kauntuangan komersial dan premisnyo baso karya aslinyo batua. Reperensi.
Catatan: Kami hanyo mamintak Sanak untuak manyadiokan alamat email Sanak supayo urang nan Sanak rekomendasikan ka laman tu tahu baso Sanak nio inyo mancaliak email tu dan baso itu bukan spam. Kami indak akan manangkap alamat email apopun.
Pertanyaan ko digunoan untuak mauji apokah Sanak adolah pangunjuang dan mancagah pangiriman spam otomatis.
Teori informasi manyadiokan mata uang universal untuak pambandiangan metabolom khusus jo prediksi teori patahanan uji.
Teori informasi manyadiokan mata uang universal untuak pambandiangan metabolom khusus jo prediksi teori patahanan uji.
©2021 Asosiasi Amerika untuak Kamajuan Ilmu Pengetahuan. sagalo hak dilindungi. AAAS adolah mitra dari HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef dan COUNTER. Kamajuan Ilmu Pengetahuan ISSN 2375-2548.